Les énergies renouvelables sont sans aucun doute l’avenir à moyen et long terme. Les réserves de combustibles fossiles sont sur le point d’être épuisées et le monde doit se tourner vers des sources d’énergie alternatives et durables. Dans cette transition vers un modèle énergétique plus propre, la géothermie gagne en intérêt. Malgré son importance et son potentiel, de nombreuses personnes ne sont pas conscientes des différents usages de la géothermie ni sa portée en tant qu'option viable.
Dans cet article, nous analyserons en profondeur quels sont les principaux usages de la géothermie, ses caractéristiques essentielles et la pertinence qu'elle a dans le contexte de la transition énergétique.
Fonctionnalités et fonctionnement
L'énergie géothermique est une source renouvelable qui exploite la chaleur interne de la Terre. Cette chaleur est générée principalement dans le noyau terrestre en raison de la désintégration d'éléments radioactifs tels que l'uranium, le thorium et le potassium. Ces éléments, une fois décomposés, émettent de la chaleur qui monte des couches les plus profondes vers la croûte terrestre.
À mesure que nous descendons à l’intérieur de la Terre, la température augmente. En général, La température augmente entre 2 et 4 ºC tous les 100 mètres de profondeur, ce qui signifie qu’à de plus grandes profondeurs, nous trouverons des sources de chaleur plus intenses. Ce gradient thermique permet, dans certaines zones, aux eaux souterraines de se réchauffer jusqu'à se transformer en vapeur, formant des aquifères à haute température, ou générant des geysers ou des sources chaudes.
La production d'énergie géothermique dépend de la température de la ressource géothermique. Dans les gisements à haute température, la chaleur peut dépasser 150 degrés, ce qui permet de produire de l'électricité grâce à des turbines. Dans d'autres cas, comme géothermie à basse enthalpie, la chaleur est principalement utilisée pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire, sans pour autant produire d'électricité.
Types d'énergie géothermique selon la température
En fonction de la température de la ressource, on peut classer l’énergie géothermique en quatre grands types, chacun applicable à différents besoins énergétiques :
1. Très basse température (moins de 30ºC)
Principalement utilisé pour la climatisation et la production d'eau chaude dans les habitations et les bâtiments, le système le plus utilisé dans cette plage de température est le pompe à chaleur géothermique. Ce système échange de la chaleur avec le sol pour assurer le chauffage en hiver et le refroidissement en été. Il s’agit d’une option très efficace en termes d’énergie, avec une longue durée de vie et peu d’entretien.
2. Basse température (30ºC à 100ºC)
Ce type de ressource est utilisé dans les réseaux de chaleur urbains, les stations thermales, le séchage de produits agricoles, les fermes piscicoles et d'autres applications industrielles de moyenne envergure.
3. Température moyenne (100ºC à 150ºC)
Convient pour produire de l'électricité à l'aide de technologies à cycle binaire, dans lesquelles un fluide ayant un point d'ébullition inférieur à celui de l'eau s'évapore, faisant tourner des turbines pour produire de l'électricité. Il est également utilisé dans les processus industriels qui nécessitent un apport constant d’énergie thermique.
4. Haute température (plus de 150ºC)
Dans ces systèmes, la vapeur générée dans les aquifères souterrains est utilisée directement pour entraîner des turbines à vapeur qui produisent de l'électricité. Il s’agit du type de géothermie le plus courant lorsqu’il s’agit de production commerciale d’électricité. On le trouve dans les zones géothermiques actives, telles que celles situées à proximité des plaques tectoniques et des zones volcaniques.
Utilisations de l'énergie géothermique
L’un des principaux avantages de la géothermie est sa polyvalence. Il peut être utilisé aussi bien pour produire de l’électricité que pour fournir de la chaleur dans différents secteurs :
- Production d'électricité : Dans les zones présentant des dépôts à haute température, comme les zones proches des volcans ou des failles géologiques, la vapeur naturelle est utilisée pour entraîner des turbines et produire de l'électricité. Les usines telles que les usines à cycle binaire ou à vapeur sèche sont des exemples d’installations à haut rendement qui tirent parti de cette ressource.
- Chauffage et climatisation : Dans les habitations et les bâtiments, l’énergie géothermique est utilisée pour assurer le chauffage grâce à des pompes à chaleur. La chaleur souterraine est extraite par des canalisations enterrées et transférée à l’intérieur des bâtiments. Ce système est particulièrement efficace dans les climats froids, où le maintien d’une température constante du sous-plancher est crucial.
- Applications industrielles et agricoles : Dans le secteur agricole, il est utilisé pour le séchage des produits, le chauffage des serres et des fermes piscicoles, ainsi que dans d'autres processus industriels tels que l'extraction du sel ou la stérilisation des équipements. Son utilisation garantit un processus de production plus durable avec moins d'impact environnemental.
Avantages et inconvénients de la géothermie
La géothermie présente de multiples avantages qui en font l’une des énergies renouvelables les plus prometteuses, mais elle présente également certains défis qu’il faut considérer :
Avantages
- Renouvelable et pratiquement inépuisable : La chaleur interne de la Terre est disponible en permanence et, contrairement à d'autres sources renouvelables, ne dépend pas de facteurs météorologiques.
- Faible impact environnemental : Les centrales géothermiques émettent des niveaux de CO2 nettement inférieurs à ceux des centrales électriques conventionnelles et peuvent fonctionner de manière indépendante des combustibles fossiles.
- Économies économiques à long terme : Bien que le coût d’installation initial soit élevé, une fois installée, la géothermie est beaucoup moins coûteuse à exploiter que les autres formes d’énergie.
- Longue durée de vie: Les installations géothermiques ont généralement une durée de vie utile supérieure à 50 ans, ce qui justifie l'investissement initial.
Inconvénients
- Investissement initial élevé : Les coûts de forage et de développement des infrastructures géothermiques sont élevés, en particulier dans les zones où la chaleur souterraine se situe à de grandes profondeurs.
- Impacts environnementaux locaux : L'extraction de chaleur peut générer de petites émissions de gaz tels que le sulfure d'hydrogène et, dans certains cas, les travaux de forage peuvent générer des tremblements de terre locaux mineurs.
- Spécificité géographique : Toutes les régions du monde ne se prêtent pas à l’installation de centrales géothermiques, ce qui limite leur expansion.
Applications de l'énergie géothermique domestique
À la maison, l'énergie géothermique est principalement utilisée grâce à l'utilisation de pompes à chaleur géothermiques, qui permettent de climatiser les espaces et de générer de l'eau chaude de manière très efficace. Il existe trois types d’installations pour capter la chaleur souterraine :
- Système géothermique vertical : Il s'agit d'un système dans lequel les sondes sont insérées verticalement dans le sol, atteignant des profondeurs allant jusqu'à 150 mètres. C’est le plus efficace en termes de consommation d’énergie, même s’il nécessite un investissement plus important.
- Système géothermique horizontal : Les tuyaux sont placés horizontalement à une profondeur comprise entre 1 et 2 mètres. Son coût est inférieur à celui du système vertical, mais il nécessite plus de surface.
- Système de collecte des eaux souterraines : Dans ce cas, des aquifères souterrains sont utilisés, extrayant l’eau pour utiliser sa chaleur et la restituant plus tard. Ce système est très efficace, mais sa viabilité dépend de la disponibilité de ressources en eau adéquates.
L'utilisation de ces systèmes réduit non seulement les factures d'électricité des utilisateurs, mais contribue également à réduire l'empreinte carbone et à maintenir une maison plus durable. L'énergie géothermique est sans aucun doute une solution durable et respectueuse de l'environnement pour les besoins domestiques de chauffage et de refroidissement, avec l'avantage supplémentaire d'être compatible avec d'autres sources renouvelables comme l'énergie solaire.
La géothermie est prête à devenir l’un des protagonistes du changement énergétique. Même si le coût initial de l'installation peut être élevé, l'investissement est récupéré au fil des années grâce au faible coût d'exploitation et à la dissipation constante de la chaleur souterraine.
Avec une planification correcte et le choix du système approprié, les industries et les utilisateurs domestiques peuvent bénéficier d'une source d'énergie inépuisable et respectueuse de l'environnement.